Технология ультразвукового сканирования ABS повышает безопасность при проверке корпусов судов

Одним из рынков, на который группа ABS ориентируется для своей технологии ультразвукового сканирования композитных материалов, является индустрия ремонта лодок, где она может оценить повреждения или дефекты, которые не видны на поверхности. (Изображение:Getty Images)

У судостроителей не было возможности использовать стекловолокно, когда 160 лет назад было создано некоммерческое Американское бюро судоходства (ABS) для защиты жизни и имущества на море. К счастью, технологии, помогающие лучше обеспечивать безопасность океанских судов, также прошли долгий путь за это время, отчасти потому, что люди стали космическим видом.

Группа компаний ABS из Спринга, штат Техас, дочерняя компания ABS, которая предоставляет решения по управлению рисками и расширяет морские технические услуги для небольших судов, таких как яхты и рыболовные лодки, теперь использовала технологию, разработанную для проверки теплозащитного экрана космического корабля НАСА «Орион», и предлагает ее для оценки корпусов морских кораблей, изготовленных из современных композитных материалов.

Необработанное ультразвуковое сканирование блока Avcoat, эпоксидной смолы на тепловом экране космического корабля «Орион», дает мало полезной информации (вверху). Однако расширенная система обработки сигналов, разработанная Аэрокосмической корпорацией для НАСА, способна обнаруживать такие дефекты, как отсутствие связи и «разрыв связи» — место, где поверхности встречаются, но не связаны друг с другом (внизу). (Изображение:НАСА)

Кораблям длиной более 175 футов или около того требуется прочность металлического корпуса. Поскольку металл легко проводит звук, его можно проверить с помощью традиционного ультразвукового сканирования, которое посылает высокочастотный звук в материал и обнаруживает повреждения, выявляя неравномерности эхо-сигналов, возвращаемых на устройство. Суда меньшего размера могут снизить вес благодаря композитным корпусам, часто состоящим из слоев стекловолокна, эпоксидной смолы или углеродного волокна, но эти материалы поглощают и гасят звук, что значительно затрудняет их оценку с помощью ультразвуковой технологии.

«Мы рассмотрели отрасли, которые уже более продвинуты в своих возможностях обнаружения дефектов в неметаллических материалах, и аэрокосмическая отрасль действительно лидирует в этом секторе», — сказал Ник Обандо, директор по управлению целостностью активов в ABS Group.

Снижение веса, обеспечиваемое композитными материалами, а также надежные проверки для обеспечения безопасности являются одними из самых высоких приоритетов для НАСА и других разработчиков космических кораблей. Поэтому, когда космическое агентство выбрало новый метод изготовления теплозащитного экрана модуля «Орион», его инженерам потребовалась методика проверки, которая могла бы гарантировать его целостность. В итоге они обратились к некоммерческой научно-исследовательской компании Aerospace Corporation с просьбой создать новую ультразвуковую технологию для исследования композитов, которая также отвечала бы потребностям ABS Group и ее меньшей и легкой клиентуры.

Одним из потенциальных рынков для проверки композитных материалов являются морские платформы, где поврежденные композитные сосуды под давлением могут представлять опасность, а композитные материалы могли бы лучше ремонтировать трубы и верхние конструкции, если бы существовал способ проверить их целостность. (Изображение:Getty Images)

«Орион» — это космический корабль, который в ближайшие годы доставит астронавтов на Луну и обратно в рамках миссии НАСА «Артемида». Его тепловой экран защитит его по возвращении, когда он проносится через атмосферу Земли, создавая температуру до 5000 °F. Первоначально щит должен был быть изготовлен путем впрыскивания Avcoat, легкой эпоксидной смолы, ранее использовавшейся для теплового экрана капсулы Аполлона, в ячейки сотовой структуры. Однако, когда испытательный щит был построен, в некоторых швах образовались трещины, поэтому НАСА и подрядчик Lockheed Martin решили приклеить блоки Avcoat непосредственно к основанию щита.

«При этом они создали ситуацию, когда эта линия соединения теперь стала критической», — сказал Уильям Проссер, технический сотрудник по неразрушающему контролю в Центре инженерии и безопасности НАСА в Исследовательском центре агентства в Хэмптоне, штат Вирджиния. «И у них не было хорошего способа проверить это, потому что прочность соединения была выше, чем прочность материала Avcoat, поэтому они не могли проводить испытания на растяжение, как это было с челночной плиткой».

В Центре инженерии и безопасности работают эксперты, выходящие за рамки НАСА. В их число входит Шант Кендерян, директор департамента обработки материалов аэрокосмической корпорации и лаборатории неразрушающего контроля компании.

Когда Проссер обратился к Кендеряну в 2015 году, Aerospace Corporation уже экспериментировала с технологией, способной решить эту проблему. Недавно нанятый на работу Тоби Кейс принес с собой передовую технологию сканирования, которую он разработал, будучи аспирантом, и команда продемонстрировала, что с ее помощью можно выполнить простую выборочную проверку образца теплозащитного экрана. «Но выполнение большого сканирования в промышленном масштабе — это совершенно другой уровень надежности», — сказал Кендериан.

Технические специалисты Космического центра Кеннеди завершают нанесение блоков Avcoat, легкой эпоксидной смолы, на теплозащитный экран модуля экипажа «Орион». Чтобы изучить связь блоков с экраном, НАСА обратилось к Аэрокосмической корпорации с просьбой разработать ультразвуковой датчик, который мог бы обнаруживать дефекты внутри или под материалом, несмотря на его устойчивость к звуку. (Изображение:НАСА)

За этим последовали два года совершенствования методов фокусировки и обработки сигналов, а также аппаратного обеспечения, пока пользователь не смог вручную сканировать большую площадь композитных материалов и получать четкое изображение любых повреждений или дефектов под поверхностью. «Все эти трюки или шаги по обработке сигналов, которые мы применяли, каждый шаг усиливал сигнал все больше и больше, пока он не стал ясным», — сказал Кендериан. «Такой уровень развития произошел при финансировании НАСА».

Инженеры НАСА и Lockheed Martin также приняли участие в этой работе, особенно когда пришло время протестировать и утвердить технологию. «А затем нам пришлось преобразовать это в систему, которую инспекторы могли бы использовать на реальном летном оборудовании Космического центра Кеннеди», — сказал Проссер. «И это было еще одно важное событие».

Aerospace Corporation получила патент на эту технологию в конце 2019 года, и вскоре к нам обратилась ABS Group, которая лицензировала технологию в начале 2021 года и в следующем году представила ее в качестве коммерческой услуги. «Насколько мне известно, мы первые, кто предоставил реальную возможность оценки толщины этих неметаллических композитов для морской отрасли», — сказал Обандо.

Он сказал, что компания ориентируется на три основных типа пользователей:производителей и розничных продавцов, которые могут использовать эту технологию для обеспечения качества, а также ремонтные мастерские, которым необходимо оценить ущерб или дефекты. «Он пытается защитить все участвующие стороны, обеспечивая большую уверенность в целостности актива во время изготовления и после изготовления», — сказал Обандо. Производитель или торговый посредник может лучше гарантировать качество, а клиенты могут больше доверять своей покупке. Он также отметил, что страховщикам могут быть полезны такие тщательные проверки.

Но он сказал, что компания все еще работает над определением других ниш, которые она может заполнить в водной индустрии и за ее пределами. «Мы в восторге от этой технологии», — сказал Обандо. «Итак, теперь речь идет о том, чтобы передать это волнение нашим клиентам, чтобы они сказали:«Эй, мы думаем, что это может вам помочь, можете ли вы помочь показать, где есть вариант использования этого в этой отрасли, которая действительно недостаточно обслуживается?»»

Для получения дополнительной информации посетите здесь  .